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一、前言

早在1950年以前線型的和交聯(lián)的聚氨酯紡織助劑就已開始了工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)，但絕大多數(shù)都是溶劑型產(chǎn)品。1974年以后，水性聚氨酯迅猛發(fā)展，同時在紡織工業(yè)方面的應用也十分廣泛。據(jù)有關文獻證明，水性聚氨酯作為紡織助劑具有廣闊的發(fā)展前景[1]。

在國內(nèi)，水性聚氨酯作為紡織助劑的應用還是最近幾年的事，在推廣應用中，收效不高，故有必耍對水性聚氨酯的化學和應用作簡單介紹。

二、水性聚氨酯的化學及特點

聚氨酯（簡寫為“PU”），全稱聚氨基甲酸酯，是由多元醇和多異氰酸酯化合生成高分子鏈上具有許多重復的結(jié)構(gòu)單元的高分子化合物，其主要化學反應如下：

聚氨酯結(jié)構(gòu)中許多官能團對紡織品性能的影響如表1所示。

表1聚氨酯主要結(jié)構(gòu)對紡織品性能的影響

一般按使用多元醇的種類把聚氨酯分為聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯。在聚醚多元醇的分子中因含有醚鍵-O-，將相鄰的亞甲基隔開，易于旋轉(zhuǎn)，具有很好的柔軟性和撓曲性。在聚酯多元醇中，由于含有酯基

，有很高的內(nèi)聚能，產(chǎn)生很大的分子之間的作用力，有利于提高對基質(zhì)的粘附性，但不耐水解。由于酯基中也含有醚鍵結(jié)構(gòu)，固而，也易于旋轉(zhuǎn)，具有較好的柔軟性。這兩種鍵段統(tǒng)稱為柔性鏈段。含有-CH2-亞甲基數(shù)越多，柔軟性和撓曲性越好．凡是含有芳基和聚氨酯中低分子二醇和/或二胺與異氰酸酯基團反應生成的和等統(tǒng)稱剛性鏈段。它們影響紡織品的手感、撓曲性和硬挺度。因為氨基甲酸酯基與天然皮革中所含的氨基酸基團相類似，故聚氨酯用于仿皮整理劑，可賦于紡織品豐滿厚實的手感。另外，這些基團N原子上的H是活潑H，可以用多-OH基化合物交聯(lián)劑，（如2D樹脂、六羥甲基三聚氰胺樹脂，蜜胺樹脂等）與之交聯(lián)，亦可與纖維中的-OH基和-NH2基反應，或形成氫鍵，加上這些極性基團對基質(zhì)的粘附性，因此可用作抗皺防縮的耐久定形整理。紡織整理工作者們可以藉聚氨酯高分子鏈上所帶反應性基團，加入不同助劑和交聯(lián)劑，配合適當?shù)恼砉に?，獲得性能滿意的制品。

對經(jīng)整理的紡織品的回彈性是大家所關心的一項重要性能。聚氨酯的回彈性與其他樹脂不同，即使在很高的硬度下，仍然具有一定的彈性或韌性。換言之，用聚氨酯整理的織物能獲得很好的手感和彈性的平衡。這是丙烯酸樹脂所不及的。聚氨酯的彈性與橡膠類似，還來自大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和鏈中單鍵的自由旋轉(zhuǎn)及分子鍵段之間的適當交聯(lián)。固此，在選用一已知結(jié)構(gòu)的聚氨酯整理劑時，通過適當?shù)呐浞胶驼砉に?，增加交?lián)度，有利于回彈性提高。但交聯(lián)過度，回彈性會降低。

耐磨性是聚氨酯的一項突出性能。其耐磨性是天然橡膠的2～10倍。如果與硅樹脂配伍，效果更佳。聚氨酯耐磨性的要素是它的彈性。聚氨酯耐磨性隨低分子二元醇鏈長的增加而下降；隨聚醇分子量的增加而提高，但它的強度并不影響其耐磨性。在制備聚氨酯彈性體時，若NCO/OH值越大，它的磨耗也越大，耐磨性能降低。這是固為NCO／OH值太大，柔性和彈性下降之故。所以，耐磨性除與直接制備聚氨酯的原料和配方有關外，與整理時的工藝條件也有關系。

透氣性是紡織品一項重要的物理性能指標。氣體透過聚合物是一單分子的擴散過程。它是借助于聚合物內(nèi)密度高低所出現(xiàn)的自由體積或空穴為通道而擴散的。因此，聚合物體積愈膨脹，鏈段運動愈強烈，則提供這種空穴的機會越多，故彈性體的透氣性就越大。一般用聚氨酯整理的紡織品透氣性是較好的。但是，如果我們在整理過程中配伍用的助劑極性基團太多，剛性鏈段太強，交聯(lián)過度，就可能會降低透氣性。

至于紡織品所要求的吸濕性、防水性、阻燃性，一方面可以在制備聚氨酯過程中引入一些親水性基團、疏水性基團，特別是12～18個碳原子的長鏈烷基，和使用含有阻燃元素的原料來達到這三性外，也可以利用聚氨酯的配伍性能，摻入有關助劑來賦于紡織品這三項性能

水性聚氨酯與溶劑型聚氨酯不同之點在于聚氨酯高分子鏈上含親水基團的多少不同。含親水性基團多的制得水溶性聚氨酯；含親水性基團少的制得溶劑型聚氨酯；介于兩者之間的可通過自身乳化和加入乳化劑強制乳化或分散，制得水乳化型聚氨酯和水分散型聚氨酯。所謂水性聚氨酯一般是指水溶性、水乳化性和水分散性聚氨酯。根據(jù)聚氨酯高分子鏈上所帶親水基團的離子性質(zhì)，又可分為非離子型和離子型（陽離子、陰離子和兩性離子）[2]。這些親水基團對紡織品加工和成品性能的影響如表2所示。

水性聚氨酯與溶劑型聚氨酯還有個差異是沒有反應性很高的異氰酸酯基的存在。因為異氰酸酯基與水會發(fā)生反應，所以在水性聚氨酯高分子鏈上不會有異氰酸酯端基，也就沒有異氰酸酯的毒性。但是，可以用一種封端劑把異氰酸酯基保護起來制得水性聚氨酯，在一定溫度下脫封再生出活性異氰酸酯基，使聚氨酯交聯(lián)固化。當然，還可以在聚氨酯高分子鏈上引入其他反應性基團，使之自身固化交聯(lián)。有人習慣稱這種聚氨酯叫反應性聚氨酯。從聚氨酯固化成膜來分類，有熱塑性聚氨酯和熱固性聚氨酯。前者不能單獨成膜，一般要借助甲醛樹脂或其他交聯(lián)劑在MgCl2。等催化劑作用下，才能與纖維牢固地結(jié)合。后者，在加熱情況下可自身固化成膜。